Προσομοίωση και βελτιστοποίηση ψυκτικών κύκλων με απορρόφηση σε σύστημα αμμωνία/ιοντικό υγρό

Κορδονούρης, Μιχαήλ; Kordonouris, Michail

dc.contributor.author	Κορδονούρης, Μιχαήλ	el
dc.contributor.author	Kordonouris, Michail	en
dc.date.accessioned	2019-07-19T08:58:34Z
dc.date.available	2019-07-19T08:58:34Z
dc.date.issued	2019-07-19
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49090
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16810
dc.rights	Default License
dc.subject	Ιοντικά υγρά	el
dc.subject	Απορρόφηση	el
dc.subject	Ψύξη με απορρόφηση	el
dc.subject	Αμμωνία	el
dc.subject	Ionic liquid	en
dc.subject	Cooling system absorption	en
dc.subject	bmimbf4	en
dc.subject	bmimpf6	en
dc.title	Προσομοίωση και βελτιστοποίηση ψυκτικών κύκλων με απορρόφηση σε σύστημα αμμωνία/ιοντικό υγρό	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-02-24
heal.abstract	Η ψύξη είναι μια διαδικασία άρρηκτα συνδεδεμένη με την εξέλιξη της επιστήμης. Τόσο στην καθημερινότητα, όσο και σχεδόν σε όλες τις βιομηχανίες, είναι απαραίτητη η μετάβαση ενός ρεύματος ή ενός χώρου σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Όμως, η συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση για τεράστια ποσά ενέργειας παγκοσμίως, έχει οδηγήσει στην ανάγκη της ενεργειακής βελτιστοποίησης ενεργοβόρων διεργασιών. Επομένως, επιζητείται διαρκώς η όσο το δυνατόν μεγαλύτερη μείωση των ενεργειακών απαιτήσεων της διεργασίας της ψύξης, με παράλληλη μεγιστοποίηση του ψυκτικού της φορτίου, του ποσού ενέργειας δηλαδή που ανταλλάσσεται άμεσα κατά την ψύξη. Οι ψυκτικές μηχανές που χρησιμοποιούνται ως επί τo πλείστον είναι οι μηχανές με συμπίεση ατμών, οι οποίες για τη λειτουργία τους απαιτούν υψηλή κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας. Ως εναλλακτική λύση έχουν προταθεί και χρησιμοποιούνται οι μηχανές ψύξης με απορρόφηση, στις οποίες ο συμπιεστής έχει αντικατασταθεί από ένα σύστημα απορρόφησης/ εκρόφησης του ψυκτικού με χρήση ενός στερεού ή υγρού ως μέσο απορρόφησης. Το σημαντικό πλεονέκτημα αυτού του τύπου των ψυκτικών μηχανών είναι ότι απαιτούν ενέργεια χαμηλής ποιότητας, η οποία μπορεί να προέρχεται είτε από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, είτε από απορριπτέα ενέργεια βιομηχανιών, που είναι οικονομικότερη και διαθέσιμη σε μεγαλύτερες ποσότητες. Σημαντική παράμετρος στο σχεδιασμό και τη λειτουργία ενός τέτοιου συστήματος είναι η επιλογή τόσο του ψυκτικού μέσου όσο και του μέσου απορρόφησης. Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η ψύξη με απορρόφηση με χρήση ιοντικών υγρών ως μέσο προσρόφησης της αμμωνίας σε αντικατάσταση του νερού που χρησιμοποιείται συνήθως. Τα ιοντικά υγρά έχουν ορισμένα πλεονεκτήματα, όπως η πολύ χαμηλή τάση ατμών τους, με αποτέλεσμα τον εύκολο διαχωρισμό τους από την αμμωνία κατά το στάδιο της αναγέννησης τους, με χαμηλότερες απαιτήσεις σε ενέργεια από τις αντίστοιχες για το μίγμα νερό/αμμωνία. Στην παρούσα εργασία εξετάζονται τρία ιμιδαζολικά ιοντικά υγρά, [bmim][BF4], [bmim][PF6] και [hmim][BF4], τα οποία έχουν επιλεγεί ώστε να διερευνηθεί η επίδραση του ανιόντος αλλά και του μήκους της ανθρακικής αλυσίδας του αλκυλικού υποκαταστάτη του ιμιδαζολικού δακτυλίου στις παραμέτρους απόδοσης του συστήματος ψύξης. Για τη μελέτη και βελτιστοποίηση της λειτουργίας των συστημάτων ψύξης πραγματοποιείται προσομοίωση τους με χρήση του εμπορικού λογισμικού Unisim Design. Η επιτυχημένη προσομοίωση των συστημάτων ψύξης, όπως και κάθε άλλης διεργασίας, προϋποθέτει την ακριβή περιγραφή της θερμοδυναμικής συμπεριφοράς των ουσιών και των μιγμάτων που συμμετέχουν σε αυτά. Για την περιγραφή της ισορροπίας φάσεων των μιγμάτων αμμωνίας/ιοντικού υγρού, χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο συντελεστή ενεργότητας NRTL για την υγρή φάση και η καταστατική εξίσωση SRK για την αέρια. Οι απαιτούμενες παράμετροι αλληλεπίδρασης υπολογίστηκαν με προσαρμογή σε πειραματικά δεδομένα ισορροπίας υγρού-ατμού των αντίστοιχων μιγμάτων αμμωνίας/ιοντικού υγρού. Για τον υπολογισμό των υπόλοιπων απαιτούμενων ιδιοτήτων στα στοιχεία του συστήματος ψύξης, όπως η θερμοχωρητικότητα, η πυκνότητα, το ιξώδες και η τάση ατμών, έγινε προσαρμογή κατάλληλων εξισώσεων σε πειραματικά δεδομένα. Η αξιολόγηση των ιοντικών υγρών ως μέσα απορρόφησης βασίστηκε στην εξέταση παραμέτρων απόδοσης , όπως ο συντελεστής απόδοσης (coefficient of performance, COP), ο λόγος κυκλοφορίας του πυκνού διαλύματος ως προς το ψυκτικό (circulation ratio, f) και η ροή πυκνού διαλύματος ανά μονάδα ψυκτικού φορτίου (R). Επίσης διερευνήθηκε η επίδραση βασικών λειτουργικών παραμέτρων όπως η θερμοκρασίες στον αναγεννητή, στον εξατμιστήρα και στον συμπυκνωτήρα του ψυκτικού στην απόδοση του συστημάτων. Όσο αφορά την καταλληλότητα των ιοντικών υγρών ως απορροφητικά μέσα, την καλύτερη επίδοση εμφανίζει το [bmim][BF4] με το οποίο επιτυγχάνονται υψηλότερες τιμές COΡ αλλά και χαμηλότερες τιμές του λόγου κυκλοφορίας, ενώ τη χειρότερη απόδοση το [hmim][BF4]. Με αύξηση της θερμοκρασίας του αναγεννητή παρατηρείται αρχικά σημαντική αύξηση του COP ενώ σε υψηλότερες θερμοκρασίες ο παραμένει πρακτικά σταθερός εμφανίζοντας μια μικρή μείωση. Με αύξηση της θερμοκρασίας στον εξατμιστήρα ο COP αυξάνεται μονότονα ενώ αντίθετα με αύξηση της θερμοκρασίας στον συμπυκνωτήρα o COP μειώνεται μονότονα. Τέλος, πραγματοποιήθηκε σύγκριση των τριών συστημάτων των ιοντικών υγρών με την αμμωνία, με το συμβατικό σύστημα αμμωνίας νερού. Αναφορικά με τη σύγκριση τους, ως καταλληλότερα κρίθηκαν το [bmim][BF4] και το συμβατικό σύστημα ΝΗ3/Η2Ο. Ανάλογα με τις συνθήκες που επιλέγονται ανά περίπτωση, το κάθε σύστημα έχει προβάδισμα έναντι του άλλου. Παρότι τα ιοντικά εν γένει παρουσιάζουν υψηλότερο COP, οι πολύ υψηλές τιμές ενεργειακών φορτίων που παρουσιάζει το συμβατικό σύστημα, σε συνδυασμό με την πολύ υψηλή διαλυτότητα της αμμωνίας στο νερό, καθιστούν το συμβατικό σύστημα ιδιαίτερα ενδιαφέρον.	el
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Κακάλη, Γλυκερία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ). Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	99 σ.
heal.fullTextAvailability	true